Entwicklung genetischer Methoden zur Bestimmung der Herkunft und des adaptiven Potentials von Küstentanne (Abies grandis) in Deutschland als Basis für Auswahl und Aufbau hochwertiger Saatgutquellen; Teilvorhaben 1: Entwicklung und Anwendung molekularer Genmarker bei der Küstentanne

Abstract

Das Projekt umfasste umfangreiche Arbeiten zur Untersuchung der genetischen Variation der Küstentanne (Abies grandis) in Nordamerika anhand der IUFRO- Versuchsserie und in Deutschland. Im ersten Schritt wurden Knospen- oder Nadelproben von final 58 Provenienzen der Küstentanne im IUFRO Versuchsflächen Frankenberg, Langen, Hochstift und Lauterberg aus dem Ursprungsgebiet in Nordamerika gesammelt. Parallel dazu erfolgte die Beprobung von 22 deutschen Beständen der Küstentanne. Jeder Bestand wurde durch 50 Bäume repräsentiert. Ziel war es, die genetische Struktur der deutschen Vorkommen zu analysieren und deren Herkunft näher einzugrenzen. Aufbauend auf den gesammelten Proben wurden verschiedene Markersets entwickelt, welche die Analyse der Kern-DNA sowie der Plastiden (Mitochondrien und Chloroplasten) ermöglichten. Diese Sets basieren auf bestehenden Studien in Koniferen, den Arbeiten zur Küstentanne von Ott (2006, 2014) und eigener Entwicklung auf Basis von Sequenzdaten verschiedener Tannenarten (A. grandis, A. concolor, A. balsamea, A. religiosa, A. alba, A. sibirica, A. ferreana, A. fargesii, A. fabri und A. chensiensis). Die Markersets wurden zur Charakterisierung der genetischen Vielfalt sowie der Herkunftsbestimmung angewendet. Zusätzlich wurden putativ adaptive Einzelnukleotid-Variations-Marker (SNP/Single Nucleotide Polymorphisms), entwickelt, die für klimarelevante Merkmale wie Trockenstressresistenz und Austriebsverhalten von Bedeutung sein können. Die Ergebnisse dieser Analysen zeigten deutliche genetische Unterschiede zwischen nördlichen und südlichen Herkünften sowie einen Ost-West-Gradienten. Besonders hervorzuheben ist die Hybridisierung der Küstentanne mit der Coloradotanne: Während in den drei nördlichsten Saatgutregionen (Vancouver, Olympische Halbinsel und Pudget Sound) nahezu reine Küstentannen vorkommen, nimmt der Hybridanteil Richtung Süden und ins Inland deutlich zu. Besonders die Hoch- und Ostkaskaden, Oregon und Idaho sind überwiegend von Hybriden geprägt. Die unabhängigen Auswertungen quantitativer Merkmale wie Vitalität, Qualität und Wuchsleistung ergaben, dass Herkünfte der Küstentanne aus Vancouver, der Olympischen Halbinsel und Pudget Sound besonders anbauwürdig und anderen Regionen überlegen sind. Damit besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Anbaueignung und der Ursprungsregion. Die genetische Differenzierung der Ursprungsregionen der Küstenrasse ist wesentlich durch die Introgression der Coloradotanne beeinflusst. Je stärker diese ist, desto weniger geeignet sind die entsprechenden Provenienzen unter den in Deutschland zu erwartenden Umweltbedingungen. Die deutschen Bestände weisen unterschiedliche Hybridanteile auf. Der Anteil der Coloradotanne bzw. der Hybriden in den Beständen variiert zwischen 6 % und 60 %. Dies deutet darauf hin, dass die Bestände von unterschiedlichen Provenienzen abstammen. Aufgrund des negativen Zusammenhangs zwischen Anbaueignung und Hybridanteil Coloradotanne sind Bestände mit hohem Hybridanteil für die Saatgutproduktion ungeeignet. Auf der Basis von Genmarkern können solche Bestände nun identifiziert und ihre Eignung als potenzieller Erntebestand überprüft werden. Die genetische Struktur der deutschen Bestände zeigt keine eindeutige Zuordnung zu Einzelherkünften, jedoch Ähnlichkeiten zu Pudget Sound und dem Nordbereich der Ostkaskaden. Einige Bestände weisen zudem Ähnlichkeiten zum Küstengebirge Oregon und den Westkaskaden auf. Die umfangreichen Arbeiten und die enge Zusammenarbeit der Projektpartner haben bereits wichtige Meilensteine erreicht, darunter die genetische Charakterisierung der Bestände aus den Ursprungsregionen und der deutschen Bestände, die Identifikation anbauwürdiger Herkünfte, die Selektion und Vermehrung von Plusbäumen sowie die Entwicklung adaptiver genetischer Marker. Die Ergebnisse fließen in Praxisempfehlungen und wissenschaftliche Publikationen ein und bilden die Grundlage für die langfristige Sicherung genetisch hochwertigen Vermehrungsguts der Küstentanne. Damit leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Anpassung der Wälder an den Klimawandel und zur nachhaltigen Sicherung der Waldfunktionen in Deutschland.